Демонстрация возможностей

Пять лет назад в Северске заложили фундамент первого в мире энергокомплекса четвертого поколения с быстрым реактором БРЕСТ-ОД-300. Проект «Прорыв» нацелен на разработку, создание и промышленную реализацию замкнутого ядерного топливного цикла на базе реакторов на быстрых нейтронах. Одну из ключевых ролей в нем играет топливный дивизион «Росатома».

Сначала был реактор

История БРЕСТа началась задолго до появления проекта «Прорыв». Еще при создании первых советских быстрых реакторов ученые столкнулись с ограничениями натриевого теплоносителя: натрий активно взаимодействует с воздухом и водой. Один из разработчиков быстрых реакторов Виктор Орлов после пуска БН-350 предложил использовать в качестве теплоносителя свинец. Одновременно возникла идея заменить оксидное топливо более плотным и теплопроводным нитридным. В 1988 году концепцию поддержал министр среднего машиностроения СССР Лев Рябев, а дальнейшее развитие она получила в Научно-исследовательском и конструкторском институте энерготехники (НИКИЭТ) под руководством Евгения Адамова. Так постепенно сформировался облик БРЕСТа.

Сегодня БРЕСТ-ОД-300 занимает центральное место в проекте «Прорыв». Первая часть названия расшифровывается как «быстрый реактор естественной безопасности со свинцовым теплоносителем», вторая — «опытно-демонстрационный», а 300 — его электрическая мощность в мегаваттах.

Одна из главных особенностей БРЕСТа — свинцовый теплоноситель. В отличие от натрия свинец не вступает в бурную химическую реакцию с водой и воздухом и не выделяет большого количества тепла. У него высокая температура кипения, поэтому в первом контуре не требуется создавать высокое давление.

Необычна и конструкция реактора. Его корпус металлобетонный, а компоновка интегральная: активная зона находится в центральной полости, а парогенераторы, циркуляционные насосы и другое оборудование — в периферийных. Все они образуют единый контур циркуляции свинца. При отключении насосов теплоноситель способен продолжать циркулировать благодаря естественной конвекции.

Масштаб конструкций впечатляет. Только пять металлических оболочек центральной и периферийных полостей весят более 1 тыс. т, а их габариты сопоставимы с пятиэтажным домом. Для циркуляции свинца разработан насос, способный перекачивать более 11 т металла в секунду.

Но строят в Северске не просто реактор. Опытно-демонстрационный энергокомплекс (ОДЭК) состоит из трех взаимосвязанных объектов: модуля фабрикации-рефабрикации (МФР) топлива, энергоблока с БРЕСТ-ОД-300 и модуля переработки облученного топлива.

Топливо нового поколения

Еще одна ключевая технология проекта — смешанное нитридное уранплутониевое (СНУП) топливо. В его основе — соединения урана и плутония с азотом. Такое топливо обладает высокой плотностью тяжелых атомов и хорошей теплопроводностью, что важно для быстрых реакторов.

Институт Бочвара разработал технический проект твэла и продолжает совершенствовать СНУП-топливо. 1,6 тыс. тепловыделяющих элементов испытывали в реакторах БОР-60 и БН-600. На Сибирском химическом комбинате (СХК) построено первое промышленное производство СНУП-топлива. В декабре 2024 года МФР ввели в опытно-промышленную эксплуатацию — он стал первым готовым объектом ОДЭК.

Производство принципиально новое. Оно включает линии синтеза нитридов урана и плутония, изготовления топливных таблеток, сборки твэлов и готовых топливных кассет. Для запуска производства предприятия ТВЭЛ освоили и выпуск новой номенклатуры комплектующих. Так, Чепецкий механический завод создал участок по производству уникальных труб из нержавеющей стали круглого и шестигранного сечения — это заготовки для металлических комплектующих ядерного топлива.

В 2026 году МФР работает над выходом на проектные параметры. Специалисты квалифицируют технологические процессы, оптимизируют режимы оборудования и готовятся обеспечить первую загрузку БРЕСТа.

За эту технологию ученые получили премию «Вызов» в номинации «Инженерное решение». Впервые в технологию были заложены такие промышленные решения, как карботермия и применение инертной атмосферы для производства топливных таблеток.

Атомный рециклинг

Отработавшее СНУП-топливо планируют перерабатывать на модуле переработки ОЯТ, который построят рядом с площадкой ОДЭК. Смесь урана и плутония будут извлекать, возвращать на МФР и использовать для изготовления новых сборок. В перспективе потребуются только поставки обедненного урана.

Таким образом, на базе создаваемых производств должна быть экспериментально подтверждена возможность замыкания топливного цикла. Топливо можно будет перерабатывать и использовать бесконечное количество раз, следовательно, ресурсная база для развития атомной энергетики станет практически безграничной. Технология также позволит сократить количество долгоживущих радиоактивных отходов. В будущем в топливо предполагается включать минорные актиниды — прежде всего америций и нептуний — для их трансмутации в быстрых реакторах. Экспериментальные СНУП-сборки с этими элементами уже изготовлены на СХК.

Что дальше

Летом 2026 года на СХК заработал полномасштабный тренажер БРЕСТ-ОД-300. Он полностью имитирует блочный и резервный пульты управления и способен воспроизводить нормальную эксплуатацию, переходные процессы и аварийные ситуации. Только единичных отказов в его программном обеспечении заложено более 200.

Пуск БРЕСТ-ОД-300 намечен на 2030 год. После появления облученного топлива предстоит перейти от фабрикации к рефабрикации и продемонстрировать работу замкнутого цикла. Следующий шаг — сооружение коммерческого быстрого реактора со свинцовым теплоносителем БР-1200. Когда будут подтверждены проектные решения в системе «топливо — реактор — переработка — новое топливо», Северск станет первой площадкой в мире, где замкнутый ядерный топливный цикл пройдет проверку как промышленная технология.